Пены. Суспензии

1. Раздел “Коллоидная химия” Пены. Суспензии.

Преподаватель Маслова Н.В.

2. Пена — дисперсная система с газовой дисперсной фазой и жидкой или твёрдой дисперсионной средой.

Пены обычно являются сравнительно грубодисперсными
высококонцентрир. системами (разб. системы типа газ
жидкость наз. газовыми эмульсиями). Объемное содержание
дисперсионной среды обычно характеризуют кратностью
пены К отношением объема пены к объему дисперсионной
среды. Различают низкократные пены (К от 3 до неск.
десятков) и высокократные (К до неск. тысяч).
Малоустойчивые (дина-мич.) пены существуют лишь при
непрерывном смешении газа с пенообразующим р-ром в
присут. пенообразователей 1-го рода (по классификации пен
А. Ребиндера), напр. низших спиртов и орг. к-т. После
прекращения подачи газа такие пены быстро разрушаются.
Высокостабильные пены могут существовать в течение мн.
минут и даже часов. К пенообразователям 2-го рода, дающим
высокостабильные пены, относят мыла и синтетич ПАВ.

3. Свойства пен

Пены по своей природе близки к концентрированным эмульсиям, но дисперсной
фазой в них является газ, а не жидкость. Пены получают из растворов поверхностноактивных веществ. Для повышения их устойчивости в растворы ПАВ добавляют
высокомолекулярные вещества, повышающие вязкость растворов. В качестве
характеристик пены используется комплекс свойств, всесторонне характеризующих
пену.
Пенообразующая способность раствора — количество пены, выражаемое её объёмом
(см³) или высотой столба (м), которое образуется из заданного постоянного объёма
пенообразующего раствора при соблюдении некоторых стандартных условий
пенообразования в течение постоянного времени.
Кратность пены, которая представляет собой отношение объёма пены к объёму
раствора, пошедшего на её образование.
Стабильность (устойчивость) пены — её способность сохранять общий объём,
дисперсность и препятствовать вытеканию жидкости (синерезису). Часто в качестве
меры стабильности используют время существования («жизни») выделенного
элемента пены (отдельного пузырька или пленки) или определённого объёма пены.
Дисперсность пены, которая может быть охарактеризована средним размером
пузырьков, распределением их по размерам или поверхностью раздела «раствор-газ»
в единице объёма пены.

4. Пенообразование и разрушение пен

Пены, в отличие от других дисперсных систем, состав которых определяется
концентрацией дисперсной фазы, характеризуются содержанием
дисперсионной среды.
Пены являются крайне неустойчивыми дисперсными системами, так как
плотность жидкости в сотни и даже тысячи раз превышает плотность газа,
из которого формируются пузырьки пены. Пены считаются
грубодисперсными системами: в момент пенообразования невооружённым
глазом видны пузырьки пены. Масса и объём газовой дисперсной фазы
непостоянны и быстро изменяются, размеры пузырьков сильно разнятся,
поэтому пены можно считать полидисперсными системами. Пены являются
типичными лиофобными дисперсными системами.
Пены как дисперсные системы имеют свои особенности, которые
определяются свойствами дисперсной фазы, дисперсионной среды и
границы раздела фаз между ними, такими как: изменение энергии Гиббса,
межфазное поверхностное натяжение, форма пузырьков (сферическая,
полиэдрическая).

5.

Пены термодинамически неустойчивы, так как в них протекают процессы,
ведущие к изменению строения и разрушению пен. К таким процессам
относят:
утоньшение плёнок и их последующий разрыв; в результате увеличивается
средний размер ячеек при разрыве плёнок в объёме пены или уменьшается
высота столба (слоя) пены, если разрываются плёнки, отделяющие
поверхностные ячейки пены от внешней газовой среды; дисперсность пены
падает.
Диффузионный перенос газа из малых ячеек в более крупные (в
полидисперсной пене) или из поверхностных ячеек во внешнюю среду; это
приводит к исчезновению поверхностных ячеек и уменьшению высоты
столба (слоя) пены.
Отекание дисперсионной среды под действием силы тяжести (синерезис) в
высокостабильных пенах, приводящее к возникновению гидростатически
равновесного состояния, в котором кратность слоя пены тем больше, чем
выше он расположен; в низкократных пенах синерезис ведёт к
возникновению под пеной слоя жидкости.

6. Структура пен

Для пен, особенно высокократных, характерна
ячеистая пленочно-каналовая структура, в
которой заполненные газом ячейки разделены
тонкими плёнками. Три плёнки, расположенные
под углом 120°, сливаются в канал, четыре канала с
углом между ними около 109° образуют узел.
Наиболее типичной формой ячейки в
монодисперсной пене является пентагональный
додекаэдр (двенадцатигранник с пятиугольными
гранями), часто с 1-3 дополнительными гранями;
среднее число плёнок, окружающих ячейку,
обычно близко к 14. В низкократной пене форма
ячеек близка к сферической и размер плёнок мал.

7. Твёрдые пены.

Системы с твёрдой дисперсионной средой и газовой дисперсной
фазой — Г/Т часто называют твёрдыми пенами. Твёрдые пены, так же
как и жидкие пены, вследствие большого размера пузырьков
газовой фазы обычно относят к микрогетерогенным или даже
грубодисперсным системам.
Примером природной твердой пены может служить пемза —
пористая, губчато-ноздреватая очень лёгкая горная порода
вулканического происхождения, применяемая как абразив для
полировки и шлифования, а также в строительном деле для
изготовления пемзобетона. Из искусственных твёрдых пен можно
указать пеностёкла и пенобетоны, широко применяемые в качестве
строительных и изоляционных материалов. Достоинствами этих
материалов являются малая плотность, малая теплопроводность и
довольно большая прочность, обусловленная их ячеистой
структурой и прочностью дисперсионной среды. Сюда же надо
отнести искусственные губчатые материалы, изготовленные на
основе полимеров (микропористая резина, различные пенопласты).

8.

Пены являются типичными лиофобными дисперсными системами (см.
Лиофильнсть и лиофобность); они в принципе термодинамически
неустойчивы, т. к. в них протекают процессы, ведущие к изменению
строения и разрушению пен. К таким процессам относят: 1) утоньшение
пленок и их послед. разрыв; в результате увеличивается средний размер
ячеек при разрыве пленок в объеме пены или уменьшается высота столба
(слоя) пены, если разрываются пленки, отделяющие поверхностные ячейки
пены от внеш. газовой среды; дисперсность пены падает. 2) Диффузионный
перенос газа из малых ячеек в более крупные (в полидисперсной пене) или
из поверхностных ячеек во внеш. среду; это приводит к исчезновению
поверхностных ячеек и уменьшению высоты столба (слоя) пены. 3) Отекание
дисперсионной среды под действием силы тяжести(синерезис) в
высокостабильных пенах, приводящее к возникновению гидростатически
равновесного состояния, в к-ром кратность слоя пены тем больше, чем выше
он расположен; в низкократных пенах синерезис ведет к возникновению под
пеной слоя жидкости.

9. Применение

В ряде случаев практического применения пен важны такие их
свойства, как вязкость, теплопроводность,
электропроводность, оптические свойства и т. д. Пены
находят широкое применение во многих отраслях
промышленности и в быту:
В быту: пенные моющие средства для ванн, чистки ковров и
мебели.
• В пожаротушении: при возгорании ёмкостей с легко
воспламеняющимися жидкостями, при тушении пожаров в
закрытых помещениях — в подвалах, на судах и в самолётах.
• В строительстве: устройство кровли, гидроизоляция и
утепление фундаментов, звукоизоляция стен.

10.

В горнорудной промышленности: использование пенной
флотации для обогащения полезных ископаемых;
предотвращение промерзания полигонов для добычи
полезных ископаемых открытым способом в условиях
Крайнего Севера; изготовление взрывоустойчивых и
изолирующих перемычек в шахтах и рудниках.
В отделке текстильных материалов.
В кулинарии: кондитерские пены, муссы, торты, бисквиты и др.
В сфере развлечений: пенные вечеринки, дискотеки, шоу.
Пены с твёрдыми тонкими стенками (аэрогели, пенопласты)
широко используются для изготовления тепло- и
звукоизолирующих материалов, спасательных средств,
упаковки и др.

11. Суспензии - официнальная лекарственная форма - жидкая лекарственная форма, содержащая в качестве дисперсной фазы одно или

Достоинства
- удобство приема
- регулирование
терапевтического эффекта:
увеличение по сравнению с
порошками и таблетками и
пролонгирование в сравнении с
растворами;
- возможность корригирования
вкуса, запаха и цвета ЛВ, что
весьма важно для детской
практики;
- возможность отпуска в виде
сухих полуфабрикатов
(порошков или гранул) - так
называемые "сухие" суспензии.
Недостатки
нестабильность:
- седиментационная
(нарушение однородности и
точности дозирования);
- агрегативная
(рекристаллизация);
- гидролитическая
нестабильность, особенно в
водных средах;
- микробиологическая (для
всех нестерильных на
водной среде);
-относительная сложность
изготовления, т.е.
обязательное соблюдение
некоторых приемов;
- использование
специальной аппаратуры.

12. Классификация

1. По способу применения
наружные;
парентеральные (только для внутримышечного введения);
внутренние;
2. По степени готовности:
в виде порошков или гранул с указанием нужного количества воды или
другой жидкости
готовые к применению
3. По типу дисперсионной среды:
неводные (масляные, глицериновые)
водные
4. По типу дисперсной фазы:
Суспензии гидрофильных веществ
Суспензии гидрофобных веществ
5. По способу получения:
суспензии, полученные диспергированием;
Суспензии полученные конденсацией.

13. Образование суспензий

1. Если лекарственное вещество нерастворимо в дисперсионной среде.
2. Превышен предел растворимости, например, для натрия
гидрокарбоната в концентрации более 8%, а для борной кислоты - более
4%.
3.В результате снижения растворимости вещества под влиянием
избыточного количества одноименного иона (папаверина гидрохлорид
выпадает в осадок при содержании в растворе избыточного количества
хлорид-ионов).
4. При смене растворителя.
5. В результате высаливающего, коагулирующего действия сильных
электролитов (кальция хлорид оказывает высаливающее действие на
экстрактивные вещества настоек, экстрактов)
6. Химическое взаимодействие (чаще реакция обмена) по отдельности
растворимых ЛВ.

14. Требования к ГФ суспензиям:

1. Суспензии не должны содержать в своем составе лекарственных веществ,
комбинация которых приводит к образованию взвесей ядовитых веществ.
2. Однородность (отклонение содержания действующих веществ в 1г или мл ± 10%)
3. Ресуспендируемость (восстановление однородности) - равномерное распределение
твердой фазы в жидкой среде после 1-2 мин. взбалтывания перед употреблением.
4. Суспензии должны быть устойчивы, т. е. дисперсная фаза должна длительное
время находится во взвешенном состоянии.
5. Дисперсность - размер частиц твердой фазы. Величина частиц твердой фазы
должна находиться в пределах 10 мкм, обеспечивающая наилучшую степень
дозирования;
6. Требование к упаковке: по возможности с соответствующим дозирующим
устройством (ложка, мензурка, клапан, стаканчик).
7. Маркировка: "Перед употреблением взбалтывать" и "Хранить в прохладном месте".
8. Для суспензий из полуфабрикатов должно быть указано количество дисперсионной
среды, а также условия и время хранения после приготовления суспензии.
9. Для суспензий парентерального введения должно быть соответствие статье
"Инъекционные ЛФ", если нет указаний в частных статьях.
10. Микробиологическая чистота или стерильность.

15. Суспензии должны обладать седиментационной, агрегативной и конденсационной устойчивостью.

Седиментационная неустойчивость выражается в неизбежности оседания
взвешенных частиц под действием сил тяжести.
Скорость оседания частиц в жидкой дисперсной среде подчиняется закону Стокса.
Наибольшее влияние на скорость оседания твердых частиц оказывает степень их
дисперсности, разность плотностей дисперсной фазы и дисперсионной среды, а
также вязкость дисперсионной жидкости.
Агрегативную устойчивость суспензии приобретают в тех случаях, когда частицы
дисперсной фазы покрыты сольватными оболочками, состоящими из молекул
дисперсионной среды.
Такие оболочки препятствуют сцеплению частиц, являясь фактором их агрегативной
устойчивости.
Для того, чтобы на твердых частицах образовалась сольватная оболочка,
дисперсионная среда должна хорошо смачивать поверхность частиц дисперсной
фазы.
Конденсационная неустойчивость взвесей чаще всего проявляется:
- в результате объединения в одной лекарственной форме двух веществ,
растворимых отдельно, но взаимодействующих с образованием нерастворимого
осадка.
- при разбавлении водой иди водными растворами жидких экстрактов или настоек,
приготовленных на спирте.

16. Методы изготовления суспензий

Суспензии могут быть получены методом диспергирования и методом
конденсации.
Дисперсионный метод основан на измельчении порошков механическим
путем (в ступке, мельнице и т. п.).
1-й способ - путем диспергирования твердого вещества с жидкостью без
приема взмучивания.
2-й способ - путем диспергирования твердого вещества с жидкостью с
приемом взмучивания.
При применении первого способа в ступку помещают твердое вещество и
растирают его с небольшим количеством воды или микстуры (из расчета 0,40,6 мл жидкости на 1,0 г твердого вещества -правило Дерягина).
Затем полученную пульпу смывают остальным количеством жидкости в
отпускную склянку.
Второй способ заключается в том, что нерастворимое вещество, вначале
растирают в ступке с половинным количеством жидкости, от массы твёрдой
фазы.
Полученную пульпу разбавляют 8-10 кратным количеством жидкости и
оставляют на 1 -2 мин.
Полученная полидисперсная суспензия самопроизвольно разделяется на
две части: грубодисперсную и мелкодисперсную.

17.

Физические свойства
веществ
Гидрофильные
не набухающие
Перечень веществ
Висмута нитрат основной, глина белая,
кальция глицерофосфат, кальция карбонат,
сульфаниламиды, цинка оксид, крахмал,
магния окись, магния карбонат основной.
Количество
стабилизатора на 1,0
препарата
-
Гидрофильные
набухающие
Танальбин, теальбин, санальбин
Вещества с нерезко
выраженными
гидрофобными
свойствами
Терпингидрат, фенилсалицилат, бензонафтол.
стрептоцид, норсульфазол, сульфадимезин,
сульфадиметоксин
Вещества с резко
выраженными
гидрофобными свойствами
Камфора, ментол, тимол.
Сера осажденная
0,5 желатозы или
аравийской камеди,
0,25 абрикосовой камеди,
аэросил (5% от массы
твёрдой фазы),
0 5% раствор МЦ,
0,1 твина-80,
1 ,0 поливинилового
спирта
1,0г желатозы или
аравийской камеди, 0,5г
абрикосовой камеди, 5%
крахмальной слизи,
5% раствора МЦ (50% от
массы твердой фазы) 0,2
твина-80, оксила (5% от
массы твердой фазы)
0,1-0,2 калийного
(медицинского) мыла

18. Технологическая схема получения суспензий

1 стадия. Подготовительная стадия.
1) устанавливают факт наличия суспензии на основании конкретных свойств веществ;
2) определяют концентрацию твердой суспендируемой фазы - от ее количества зависит
способ получения суспензии.
Согласно приказу МЗ РФ № 308 от 21.10.97 суспензии с содержанием нерастворимых
твердых ЛВ до 3% готовятся массообъемным способом, а 3 и более % изготавливают по
массе;
3) определяют к какой группе относятся суспендируемые вещества;
- если гидрофильные - стабилизатор не требуется.
- если гидрофобные - проводят расчет стабилизатора.
С не резко выраженными свойствами - на 1 г вещества добавляют 0,5г желатозы или
аравийской камеди; 0,1г твина-80; 0,25 г абрикосовой камеди.
Для веществ с резко выраженными свойствами добавляют эти же стабилизаторы, но
в соотношении 1:1, твина-80 в 2 раза больше, т.е. 0,2 г на 1 г ЛВ; также в качестве
стабилизатора используется 5 % раствор МЦ.
4) определяют общий объем ЛФ или массу.
2 стадия. Подготовка дисперсионной среды путем растворения сухих растворимых
веществ (если таковые имеются).
После растворения солевой раствор фильтруется.
3 стадия.
Собственно суспендирование.

19. Суспензии из гидрофобных веществ

Также можно получить методом диспергирования, но процесс
взмучивания здесь неприменим, т.к. гидрофобные вещества не
смачиваются водой.
Получение суспензий гидрофобных лекарственных веществ
(терпингидрат, фенилсалицилат, камфора, ментол, тимол, сера и др.) в
водной среде требует обязательного применения стабилизатора.
Стабилизаторы лиофилизируют поверхность частиц, понижают
твердость частиц при диспергировании.
Если не вводить лиофилизирующих агентов, то частицы, не
защищенные сольватными оболочками, будут коагулировать,
осаждаясь или всплывая на поверхность суспензии (флокуляция).
Для трудноизмельчаемых гидрофобных веществ (камфора, ментол и
др.) для предварительного измельчения может быть использован
спирт этиловый
Суспензии не фильтруют и не процеживают.

20. Суспензия серы

Сера - вещество с резко выраженными гидрофобными свойствами.
Для стабилизации суспензий серы применение обычных стабилизаторов
нецелесообразно, т.к. они снижают фармакологическую активность серы.
Для стабилизации суспензий серы применяют калийное мыло в количестве
0.1-0.2г от массы серы, но только если оно выписано в рецепте.
Помимо стабилизирующего действия мыло калийное разрыхляет поры кожи,
способствует глубокому проникновению серы, следовательно, повышает
терапевтический эффект.
Однако мыло не совместимо с кислотами и солями тяжелых металлов.
В настоящее время для стабилизации серы разрешено использование
эмульгатора Т-2, метилцеллюлозы, крахмального клейстера.
Если в составе суспензии серы прописаны спирт и глицерин, то суспензия
получается достаточно устойчивой без дополнительного введения
стабилизатора т.к. спирт и глицерин гидрофилизируют поверхность частиц
серы, глицерин повышает вязкость дисперсионной среды.
Суспензии с серой не рекомендуется сильно взбалтывать, т.к. сера, находясь
в водной среде, интенсивно адсорбируется пузырьками воздуха,
появляющимися при встряхивании суспензии и вместе с ними всплывает на
поверхность, образуя обильную пену (флотация).

21. Метод конденсации

Получение суспензий конденсационным методом происходит при замене
растворителя и в результате химического взаимодействия.
Суспензии образуются при добавлении к водным растворам настоек, жидких
экстрактов, нашатырно-анисовых капель.
Эти препараты добавляют к водному раствору в последнюю очередь и малыми
порциями.
При замене растворителя происходит выпадение в осадок веществ,
растворимых в одном растворителе (например, в спирте: камфора ментол;
смолистые вещества, растительный воск в настойках), но не растворимых в
другом растворителе (вода, водные растворы лекарственных веществ).
В результате химического взаимодействия суспензия чаще всего образуется за
счёт реакций обмена, иногда - за счёт реакции гидролиза и других реакций.
Процесс образования твёрдой фазы зависит от температуры, концентрации
взаимодействующих веществ, порядка смешивания.
Для получения более тонких суспензий необходимо, чтобы реагирующие
вещества были разбавлены (растворены).
Например, осадки образуются при смешивании растворов кальция хлорида и
натрия гидрокарбоната, кальция хлорида и натрия бензоата, кодеина фосфата
и натрия бромида и др.